ДонНТУ   Портал магістрів

Єрмаков Владислав Олександрович

Факультет компʼютерних інформаційних технологій та автоматики

Кафедра радіотехніки та захисту інформації

Спеціальність Радіотехніка

Дослідження і моделювання складних антенних відбивачів НВЧ діапазону

Науковий керівник: к. т. н., доц. Пасльон Володимир Володимирович

Резюме Реферат

Реферат за темою випускної работи

Зміст

• Вступ
• 1. Короткі відомості про основні параметри антен
• 2. Зональна антена Френеля. Принцип дії
• 3. Конструкторський розділ
• 4. Висновки
• Список джерел

Вступ

Антени є однією з найважливіших частин сучасних космічних апаратів.

Історія формування космічних антен тісно повʼязана з історією становлення ракетної і космічної техніки, включаючи самі перші антени всілякого конструкторського дизайну застосовуються в системах звʼязку, дистанційного зондування і природного моніторингу.

Складна космічна антена – антена, де при проходженні через атмосферу космічним літальним апаратом перебуває в зібраному вигляді і не займає багато простору, а при попаданні в космос по команді від програмно-тимчасового влаштування розкривається і перетворюється в потрібне для оптимальної роботи стан, напрям і масштаб.

Актуальність зменшення масогабаритних характеристик дуже висока, це повʼязано з тим, що витрати на транспортування і висновок антени на орбіту значно зменшуються, а їх характеристики залишаються незмінними.

Перші антени були з жорсткої конструкції із-за чого, у них був маленький діаметр, що дозволяє розмістити конструкцію під обтічником космічного апарату. Разом з цим, збільшення робочих діапазонів частот викликало потребу в збільшенні діаметра апертури космічних антен. Отже, антени жорсткої конструкції через обмеження розмірів під обтічником не застосовні для всього діапазону частот. Трансформовані космічні антени не мають цієї вади і в розгорнутому стані можуть бути досить великого діаметру апертури. До кріплення на космічний апарат антени встановлюються в складений стан.

До трансформованих апаратів предʼявляють, в першу чергу, умови на жорсткість, через потребу орієнтації антени і надання точності робочої поверхні рефлектора.

Антени крім того зобовʼязані володіти якомога меншою масою і розміром в зібраному стані, у них повинна бути надійна система розгортання і вони повинні зберігати свої характеристики при роботі [1].

В ході удосконалення антен вони ускладнювалися, через що зʼявлялися принципово нові їх класи, розширювалися виконувані ними функції. Як правило, антени з простих пристроїв перетворювалися в складні динамічні системи, що містять в більшості випадків сотні, тисячі різних елементів.

Отже, конструкції великих космічних відбивачів створені на принципах зміни геометрії обʼєкта, наприклад, таких, як механічне розгортання або висування стрижнів, наповнення повітрям компактно складених структур і натягування мембрани між елементами конструкції.

1. Короткі відомості про основні параметри антен

До основних характеристик і параметрів приймальних і передавальних антен відносяться [2]:

– смуга пропускання;

– поляризація;

– вхідний опір;

– коефіцієнт стоячої хвилі;

– діаграма спрямованості;

– коефіцієнт спрямованої дії;

– коефіцієнт посилення антени;

– коефіцієнт корисної дії антени;

– шумова температура антени.

Смуга пропускання (СП) антени.

Ширина СП – область частот, де рівень прийому/випромінювання антени сигналу знаходиться в межах 0,7 від найбільшої амплітуди сигналу, а потужність знаходиться в межах 0,5 від максимальної потужності сигналу. Ширина СП вимірюється в одиницях частоти (наприклад, в кілогерцах).

З шириною СП антени повʼязана нерівномірність амплітудно частотної характеристики (АЧХ) антени. Нерівномірність АЧХ характеризує ступінь її відхилення від прямої, паралельної осі частот і вимірюється в децибелах. Чим краще розрахована і виконана антена, тим рівномірніше її АЧХ. Приймальні телевізійні антени, в основному, широкосмугові. Діапазонні телевізійні антени першого і другого метрових і дециметрового діапазонів охоплюють смугу частот від 48,5 МГц до 862 МГц.

Від нерівномірності АЧХ антени сильно залежить якість прийому: при значній нерівномірності АЧХ окремі телевізійні канали будуть прийматися антеною зі значним ослабленням, якщо їх частота співпаде з провалами АЧХ антени, що особливо помітно при віддаленому прийомі сигналів з телецентру. Нерівномірність АЧХ приймального і передавального тракту залежить не тільки від якості самої антени, але і від якості її узгодження з фідером (кабелем) та якості самого фідера (кабелю). У цифрового сигналу нерівномірність АЧХ спотворює форму прийнятого і переданого сигналу.

Поляризація електромагнітних хвиль.

Поляризація електромагнітних хвиль-спотворення осі симетрії поперечної хвилі щодо напрямку поширення цієї хвилі.

У неполяризованной хвилі коливання векторів s і v зміщення і швидкості (у випадку пружних хвиль) або векторів Е і Н напруженостей електричного і магнітного полів (у разі електромагнітних хвиль), в кожній точці простору по всіх можливих напрямках у площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, швидко і хаотично змінюють один одного, так що жодне з цих напрямків коливань не є переважним.

Поперечну хвиля є поляризованою, в тому випадку, коли в кожній точці простору напрямок коливань зберігається незмінним або змінюється з плином часу за певним законом.

Плоско поляризованою (лінійно-поляризованої) називається хвиля з постійним напрямком коливань, відповідно векторів s або Е. Коли кінці векторів s або Е описують з плином часу кола або еліпси, то хвилю називають циркулярної або еліптично-поляризованої.

Поляризована хвиля виникає:

– внаслідок відсутності осьової симетрії в збудливу хвилю випромінювачі;

– при відображенні і заломленні хвиль на межі розділу двох середовищ;

– при поширенні хвилі в анізотропному середовищі.

На практиці: коли сигнал з телецентру (ТЦ) йде в горизонтальній поляризації, тоді вібратори антени повинні розташовуватися паралельно площині землі, якщо сигнал передається у вертикальній поляризації, то вібратори антени повинні розташовуватися перпендикулярно площині землі, якщо сигнали передаються в двох поляризациях, то необхідно застосовувати дві антени і складати їх сигнали.

У зоні впевненого прийому можна поставити одну антену під кутом 45 градусів до площини землі.

Телевізійний супутниковий сигнал передається на Землю в круговій і в лінійній поляризації. Для прийому таких сигналів використовують різні конвертори. Розмір супутникової тарілки і її форма на поляризацію впливу не надає.

Вхідний опір антени.

Важливим параметром антен є вхідний опір, що характеризує її як навантаження для передавального пристрою або фідера. Вхідним опором антени називається відношення напруги між точкою підключення антени до фідеру, до струму в цих точках.

У разі, коли антена живиться хвилеводом, то її вхідний опір визначається відображеннями, які виникають у волноводном тракті. Вхідний опір антени складається з суми опору випромінювання антени і опору втрат: Z = R(изл) + R (піт). R(изл) – в загальному випадку величина комплексна.

У резонансі реактивна складова вхідного імпедансу повинна дорівнювати нулю. На частотах вище резонансної імпеданс має індуктивний характер, а на частотах нижче резонансної-ємнісний характер, що викликає втрату потужності на межах робочої смуги антени. R (піт) – опір втрат антени залежить від багатьох факторів, наприклад, від близькості її до поверхні Землі або проводять поверхонь, омічних втрат в елементах і проводах антени, втрат в ізоляції. Вхідний опір антени повинен бути узгоджений з хвильовим опором фідерного тракту (або з вихідним опором передавача) так, щоб забезпечити в останньому режим, близький до режиму біжучої хвилі.

У телевізійних антен вхідний опір для логопериодической антени – 50...75 Ом, у хвильового каналу – 300 Ом. Для антен хвильового каналу при використанні телевізійного кабелю з хвильовим опором 75 Ом необхідно пристрій узгодження, високочастотний трансформатор.

Коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ).

КСХ характеризується ступенем узгодження антени з фідером, а також узгодження виходу передавача і фідера. На практиці завжди частина переданої енергії відбивається і повертається в передавач. Відбита енергія призводить до перегріву передавача, внаслідок чого він може вийти з ладу.

Діаграма спрямованості (ДС).

ДС антени – це графічне зображення КУ антени або КНД антени в полярній системі координат в залежності від напрямку антени в просторі.

ДС передавальної (приймальні) антени характеризує інтенсивність випромінювання (прийому) антени в різних напрямках в просторі. Для передавальної антени розглядають ДН по напруженості поля або за рівнем його потужності. Напрямок максимального випромінювання – головний пелюстка антени, інші пелюстки ДН антени є побічними, в т. ч. і задній пелюсток.

Для зручності будують нормовані ДС у вертикальній і горизонтальній площинах. У нормованої ДС величина головного пелюстка приймається за одиницю, інші пелюстки малюються пропорційно в масштабі щодо головного.

ДС є однією з найбільш наочних характеристик приймальних властивостей антени. Побудова ДС виконується в полярних або в прямокутних (декартових) координатах. Для прикладу розглянемо побудовану в полярній системі координат ДН антени типу хвильовий канал в горизонтальній площині, зображеної на малюнку 1.

Координатна сітка складається з двох систем ліній. Одна система ліній являє собою концентричні кола з центром на початку координат.